无机化学课程教学中学生创新能力培养的实践探索

吴芳辉，魏先文

（安徽工业大学 化学与化工学院，安徽 马鞍山243002）

无机化学是所有化学专业学生必修的一门重要的专业基础课，旨在使学生系统掌握化学反应的基本概念和基础理论，了解有关化合物的结构、组成和性质等基本知识，初步具备应用化学原理认识、分析和解决实际化学问题的能力。［1］由此可见，无机化学课程的学习对于化学专业学生初学者来说有着较强的现实意义，是进一步学习化学专业课程的坚实基础。然而，原有的无机化学课程教授体系中存在的一些弊病和不足，严重阻碍了大学生创新能力的提高。例如，导引课程中专业界限不明，没有实施启发和分层式教学模式，难以激发学生学习的兴趣；工程案例缺乏，无法真实体现无机化学课程学习的实际意义，难以调动学生学习的积极性和主动性；教学方法和手段单一，难以使学生有效理解抽象理论知识和实践内容；实验课强烈依附于实验条件，难以与理论课内容相互贯通，形成体系，达到高质量培养创新人才的目的；授课教师对无机化学领域前沿科技了解不足或没有开展相关的创新性科研工作，难以及时更新陈旧的知识和理念，限制了教学水平的提高。笔者通过多年的无机化学课程教学实践后认为，要培养学生的创新能力，实现素质教育，必须关注以下几个问题。

一、根据专业培养目标革新教学内容，激发学生的学习兴趣

无机化学课程是涉及生物科学、数学、物理学、营养学、食品安全、资源与环境、药学等多专业多方向交叉，内容极为丰富的一门学科，［2］在短时期内完全领悟这门课程的内容有一定的难度，但是倘若学生对这门课程产生了极大的兴趣，那么他们学习起来就会事半功倍。因此，根据我院化学不同专业学生的特点和接受能力，精选难易适中、先进实用的教学内容，提高学生的学习兴趣是取得良好教学效果的关键。例如我院分为化学工程、应用化学和高分子化学三个专业，在绪论导引课上，应该有不同侧重点，以满足不同的专业要求。当授课对象为化学工程专业的学生时，遴选化工厂的热力学反应、石油与天然气产品成分分析、催化等与化学工程有关的实用内容重点介绍，使该专业学生在学习中更注重理论联系实际，关注知识的应用以及目前的学习与将来自身的发展和就业之间的联系。当授课对象为应用化学专业的学生时，突出“应用”这一核心体系，大量补充化合物的应用性内容，甚至把应用性环节渗透到教学的全过程，为应用化学专业学生对理论知识基础产浓厚的探索欲望打下基础。当授课对象为高分子化学专业的学生时，则选择一些学生熟悉的高分子材料传授高分子化合物的组成、结构和应用价值，让他们在学习中体验到成就感。无机化学课程前半部分有关热力学和四大平衡体系中牵涉的化学反应和化学定律较多，学生记忆并理解起来非常困难，这时可以穿插一些化学理论方法产生的历史过程，古今中外化学史上的名人轶事以及著名化学家探索真理过程中说过的经典名言等趣昧内容来鼓励学生，活跃课堂气氛，充分拓宽他们的知识面，使他们萌生献身科学的信念和精神。随着科技的迅猛发展，教材内容不可避免有些滞后，这时需要教师跟踪国内外研究发展的动向，不断融入现代科技知识和当前社会热点问题，及时传授给学生或与学生产生共鸣。例如在讲授碳族元素的知识点时，引入碳家族中一维碳纳米管、二维石墨烯和三维富勒烯的最新研究进展，播放由这些材料研制的储氢材料以及宇宙飞船等高清图片，定能从理论与实践相互渗透的角度调动起学生学习的积极性。高等教育的培养目的之一是培养学生的自学能力，而且因为无机化学课程学时少，不可能在课堂上有充足的时间对每个知识点进行详细讲解，所以教师应该奉行知识、能力、素质辩证统一的思想，至少安排课程中三分之一的内容鼓励学生在课后自主学习，引导学生创新意识的形成和发展。而顺利做到这一点的重要前提是为学生找到一些自学的切人点，例如开展小型研讨活动，活动之前，要求学生必须从问题的源头开始查阅课本、资料甚至文献，审时度势，准备解决方案，理清辩论思路，最后通过课堂上学生与学生、教师与学生之间的交谈和沟通有效激发学生的求知欲望和学习主动性，有利于创新精神和实践能力的培养。

二、灵活运用多种教学法进行教授，培养学生分析问题和解决问题的能力

现代高等教育理念中最重要的一条就是坚持以学生为中心，教师为主导的双向交流的知识传授模式，因此在无机化学课程教学中，从原有的单一、固定的“注入式”教学转向按照学生的特点来设计多维、灵活的教学方法，是培养具有可持续发展潜力人才的重要途径。而多维、灵活的教学方法可以体现在传授给学生科学的学习方法、互动式教学以及不断练习巩固等方方面面。例如在绪论的最后一部分，教师均应为学生分析整个课程的特点和主要内容，尽可能根据教材内容梳理并列出课程体系图（如图1所示），通过教师提纲挈领的讲授，引导学生关注课程重点和难点，合理安排学习时间和学习计划，少走弯路，并便于后续接受新知。

笔者发现，在上课过程中，如果启发式、联想式、对比式、探究式等前人体验过的较为成熟的互动环节交替使用，可以适应现代素质教育的发展，培养出既具有扎实基础理论知识，又具有较强实践能力的高素质人才。比如，我们在讲授反应热效应的计算公式之前，就可以先启发学生联想到前期测定恒容热效应的实验，接着引导学生推导出恒压热效应和恒容热效应之间的关系式，由结论探索出盖斯定律，最后通过比对所有反应方程式热效应的计算过程特点，水到渠成地获知反应热效应的计算公式。由此可见，单是这一个综合性的知识点就糅合了学生的切磋、讨论和思考等多个过程，可以使学生将已有知识领悟贯通，比被动接受知识有效得多。众所周知，孔子《论语》中精彩之语是孔子欣赏并践行的“温故而知新”，说明不断的复习也应是贯穿于整个教学过程中的重要任务。对于无机化学课程来说，当前复习的有效手段除了及时归纳总结各知识点之外，适量的练习必不可少。例如物质结构部分需要强化记忆的内容很多，可以设计一些客观题如选择题、填空题提供给学生思考并解释原因。而对于酸碱平衡、氧化还原反应以及沉淀溶解平衡等内容，则多列举一些计算题供学生解析，同时及时、恰当地给予正确的评价和指导，经过一定时间的训练，将会对学生思维能力的提高起到潜移默化的作用。

三、运用多媒体技术拓宽教学手段，提高教学效果

在无机化学课程的教学中，我们对传统的单一性板书式教学手段进行了一系列的革新，包括利用多媒体课件呈现形象、直观、生动的教学内容；网上下载并整理大量与无机化学课程教学有关的图片资料；搭建物质结构的实物模型增强学生的认知立体感；开设远程网络无机化学课程教学，方便学生对该课程内容进行课前预习、课后复习以及习题训练等。例如在教授原子结构的内容时，在黑板上很难描绘出氢原子的彩色光谱，无法模拟出电子衍射实验动态过程以及解释抽象难懂的氢原子能级图，而这些通过植入声音、文字、图形、图像、动画为一体，借助于各种教学软件的多媒体技术可以轻松实现。无机化学课程知识面广、图表多、动态过程复杂、数学推导公式冗长，因此需要教师投入很多精力编制多媒体教学课件，但是一旦使用了一套结构合理、内容完整的多媒体教学课件，就可以降低教学难度，有助于学生掌握理论知识，有效提高课堂的教学效率。为了拓宽化学专业学生的知识面，课堂上教师在讲授理论知识之余，辅之以清晰、生动的图片，可以让学生更形象地接受理论知识。例如在介绍d区元素时，为学生展示采用各种过渡元素制造的军事武器、航天飞船、汽车以及功能材料等精美图片供他们观赏并讨论，极大地调动了学生的学习热情。固体结构部分有关四大晶体结构的内容立体感强，需要学生具备较好的空间想象力，为此我们精心准备了实物模型供学生观察，自主总结出不同类型晶体结构的区别和特点，使学生对固体结构有一个更清楚、更深刻的认识。针对无机化学课程学时少的特点，开设远程网络无机化学课程教学，可以再现教学情景，开展课程教学在线讨论和辅导、传递化学的前沿动态信息等，进一步在课余时间调动学生积极参与教学活动，有利于学生知识的获取和保持，提高了学生的素质和教学效果。近几年来，随着上述教学手段的逐步推广和使用，使我们深切地感受到了教学效果上质的飞跃。然而各种现代技术日益暴露出的一些缺陷，如节奏感强、播放速度过快、过程跨度大、每幅幻灯片呈现的信息量有限等又让我们反思传统板书的优势所在。黑板加粉笔式的教学揉入了教师丰富的肢体语言，使教学过程富有人情味，让学生感到更亲切，最重要的是，板书书写出无机化学课程中一些复杂的公式推导过程、作业的评讲和习题演算，可以将每个步骤细化，使学生有足够的时间记录并思考，有利于学生消化吸收，另外，在黑板上随手书写的一些关键性词语，也能突出重点，有效吸引学生的注意力。因此理性看待现代教学手段与传统教学手段的优缺点，探索两者有机结合的方式，是促进教学质量提高的强有力的保证。

四、加强实验内容与理论内容的融合，营造多元化教学环境

无机化学是实践性很强的一门课程，课程中的理论内容原则上均是前人通过实验来验证和获取的，因此学生通过实验教学来强化记忆并理解无机化学课程内容是无可替代的教学环节。笔者针对当前实验教学中存在的实验资源缺乏，实验课程内容与理论教学分裂隔离以及无视学生个体差异，采取与素质教育模式背道而驰的教学方法等一系列突出问题，提出以下几点措施：（1）改善和拓宽实验教学资源，有利于培养学生的基本操作技能。近几年来，随着招生人数的急剧增多，以往的实验资源无论从数量还是质量上均已远远不能满足学生学习的需要，此时需要教师打破原来实验开设的格局，构建新的实验教学体系。例如缩少验证型实验内容或将其更换为演示内容，增加综合性和设计性实验比例，把对学生“知识、能力、素质”的培养融为一体；请求学校支持，增大经费投入，购买或引进功能强大、价格低廉的实验仪器，增加学生动手机会，增强对学生认知能力的培养；积极加强与科研机构和产业界的合作与联系，充分利用各种渠道，为学生科技创新活动提供实验基地，延伸课内实践教学环节，培养学生的综合能力；购买网络资源或开设无机化学网上实验教学，利用互联网和多媒体实现远程教学，便于学生充分地学习和掌握实验教学的内容。（2）促进实验教学和理论教学的融合，有利于培养学生发散性创新思维能力，达到更好的实验效果。随着科学技术的发展，无机化学理论教学内容也在不断更新，但实验教学一般采用自编的教材，跟不上理论教学的步伐，甚至已经严重脱节，而且很多理论课程中的重点内容由于条件限制，也没有在实验教学中得以体现，所以加强实验内容和理论内容的融合和齐头并进，培养学生的操作能力、分析问题和解决问题的能力势在必行。新的实验教学体系必须与时俱进，及时更新实验指导书，遵循理论课程结构的安排，由浅入深，从部分到整体，同时尽可能创造条件安排理论重点内容的实验环节，提高实验教学效率。（3）针对学生特点，实施分层教学，有利于实现素质教育的基本目标。对于来自不同地域的学生来说，最显著的特点之一就是实验基础参差不齐，造成这种现象的深层次原因在于各地经济发展不平衡，进而导致各中学实验条件不均衡所致，与学生之间的个体差异关系不大，所以在高校实验教学环节中，实施分层教学就显得很迫切。对于来自发达地区，基础较好的学生，可以鼓励他们利用充足的时间做一些设计性和综合性强的实验，进一步锻炼他们的动手能力；而对于来自偏远贫困地区，基础较为薄弱的学生，则一开始只要求他们完成教材既定的基本实验任务，然后教师再利用课余时间对这些学生开展一些针对性的辅导，尽快缩小与实验操作能力强的学生之间的差距。

五、督促教师开展科研工作，更新优化教学内容

科技发展日新月异，新知识、新技术层出不穷，新信息、新概念传播迅速，教师教育思想观念也要与时俱进，随之转变。上世纪80年代。英国学者劳伦斯.斯坦豪斯就提出了“教师作为研究者”的理论，［3］他认为作为教师必须要了解、掌握本学科的最新发展动态，开阔教学视野，不断更新和完善自己的知识结构。因此教师如果还和以往相同，仅仅拘泥于课本内容的讲授是远远不够的。而为了追踪最新研究动态，除了要及时吸收和关注新知识、新信息之外，最好是开展与课程教授相关的科研工作，把教育理论直接应用于科研实践，激发自己的创新力和判断力，使自己始终立于学科知识的前沿，掌握深厚和广博的专业技能，并尝试将科研中的思维方法等引入教学，这样才能切实满足学生对新知识的渴求。另外，教师开展科研工作更重要的意义在于，教师能够利用已有的科研平台为部分高层次学生搭建课外实践教学的平台，推进研究性活动，提高学生的创新能力。所谓研究性活动，就是根据所教内容的特点适当地设定一些有趣的或有挑战性的化学科研课题，督促有探究激情的学生在既定的时间内借助教师的科研条件独立完成甚至发表科研论文。而无机化学课程自身的特点，决定了几乎每一个章节都可以安排研究性活动，例如在讲授化学热力学部分的内容时，引导部分学生在查阅最新文献的基础上设计一个较为简单的有机反应，通过薄层色谱观察反应进行的程度，进而研究出浓度、温度以及催化剂等实验条件对该反应速率的影响规律，加深对理论内容的理解，同时也可能获得新的有应用潜力的产物，培养学生的实验操作技能和独立性研发能力。无机化学课程的下半部分最重要的内容就是d区元素，而整个d区元素牵涉最多的内容就是配合物的组成、结构及其化学键理论，这部分内容繁多，理解起来有难度，为此教师结合自身的研究特点，指导学生有机会介入各种无机合成法制备功能配合物的课题研究中来，并安排学生在条件许可的情况下观摩X射线单晶衍射仪测试、解析晶体结构的全过程，通过这样的科研活动促使学生在学习中更注重理论联系实际，对培养学生的科研素质和创新意识具有积极的作用。

奥斯特洛夫斯基说：当我们回忆往事时，不因虚度年华而悔恨，也不因碌碌无为而羞愧……，因此作为一名教师为了实现自己的人生价值，责任重大，只有不断实践、不断探索、不断总结，推进无机化学课程教学改革，才能使学生在学习中更有效地掌握和理解本课程的基本知识和要点，也才能使他们的思维能力、反应能力、运用化学知识分析和解决实际问题的能力以及由此综合衍生的创新能力得到大幅提高。

［1］大连理工大学无机化学教研室.无机化学（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2003：1－3.

［2］章福平.化学与社会［M］.南京：南京大学出版社，2007：1－3.

［3］肖凤茹.学会研究——教师专业发展的必由之路［M］.北京：高等教育出版社，2006，22（3）：73.